微型LED
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
微型LED的實例教程
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前言
在本例中，我們在Ansys Lumerical MultiphysicsTM中模擬了基于氮化物的藍光發射微型LED（uLED），在CHARGE和MQW（多量子井）求解器之間有一個半耦合工作流。我們利用了幾個新功能，包括1.在MQW求解器中支持高階k.p方法（6×6和8×8），2.支持wurzite晶體結構，以及3.在氮化物中包含材料極化效應以模擬uLED并計算其帶狀圖和自發發射率的腳本解決方案。
綜述
由于其高自發射亮度、高集成密度和更快的響應時間，uLED已成為下一代顯示器的絕佳候選者。基于氮化物的藍色uLED對于實現全彩uLED顯示至關重要。然而，非輻射重組機制和極化誘導的量子限制性斯塔克效應（QCSE）限制了它們的效率。數值模擬可以作為獲得對這些機制的物理洞察力并確定最佳設備運行條件的強大工具。在這個工作流程中，我們使用半耦合CHARGE和MQW求解器來模擬uLED，并演示材料極化對其帶圖和自發發射光譜的影響。
本例中模擬的uLED基于參考文獻[1]。uLED的結構圖如上所示。主動區是無參雜的單量子阱，2納米的In0.2Ga0.8N。兩側分別被N參雜的In0.02Ga0.98N與P參雜的Al0.3Ga0.7N包圍。
步驟1：從CHARGE模擬中提取載流子密度和電場分布
在第一步中，我們使用CHARGE求解器模擬uLED，該求解器自一致地求解漂移-擴散和泊松方程，以返回載流子密度和電場分布。我們進行了兩次模擬，第一次模擬不包括極化效應，而第二次模擬同時考慮了自發和應變誘導的極化。材料極化效應表現為表面電荷密度，使用表面電荷密度邊界條件應用于有源區域的界面。表面電荷濃度的值是通過腳本解決方案預先計算的。
展開 除了推出單色Micro LED微顯示產品之外，君萬微目前正在積極研究開發全彩Micro LED微型顯示器，加速Micro LED產品在VR/AR等顯示領域的應用。
據了解，君萬微電子是國際領先的Micro LED微型顯示芯片和器件的研發、生產、銷售為一體的企業，也是最早開展Micro LED微型顯示技術研究并嘗試推動其產業化的公司之一，2016年就取得了階段性技術突破，成功開發出國內首款高亮、高分辨率Micro LED微顯示芯片，開始在行業中嶄露頭角。
近年來，隨著Micro LED概念不斷升溫，君萬微電子加大研發投入，攻克了Micro LED微型顯示器關鍵技術和工藝挑戰。據介紹，君萬微電子經過長年的技術攻關，已經掌握了氮化鎵 Micro-LED陣列設計、Micro-LED芯片技術、Micro-LED顯示的驅動背板技術，以及低成本、高良率微顯示器制作工藝等關鍵核心技術，擁有多項專有技術和獨家工藝方案，在行業內建立核心技術壁壘。
在打通關鍵技術節點之后，君萬微電子持續精進，推動Micro LED微顯示器的商業化量產。經過不斷摸索，君萬微電子掌握了Micro LED微顯示器的完整芯片和器件工藝制造能力,已經在我國浙江紹興投建首條Micro LED微型顯示器量產線。據介紹，君萬微電子通過大量的開發驗證，不僅能夠提供滿足工業標準的產品，還突破高良率的批量生產工藝，真正能夠實現Micro LED微型顯示器規模化量產。
但君萬微電子并不滿足于單色Micro-LED量產，還在積極克服全彩化Micro-LED微型顯示器技術瓶頸。如果君萬微電子全彩化Micro-LED微型顯示器能夠量產，Micro-LED微型顯示器將從單色時代進入彩色時代，全面助推元宇宙入口XR設備的突破。
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展開 該裝置主要由以下四部分構成：
■ 折疊于坐骨神經周圍且具有高契合度的環繞型高效微型LED陣列
■ 用于連接微型LED與皮下線纜并削弱局部運動的影響的可伸縮紐帶
■ 經皮下延伸至頭戴式連接器的雙線電纜
■ 集成了多通道刺激、一米以內的無線通訊與藍牙操控以及鋰電池自主供電等功能的輕便緊湊型頭戴式控制設備
圖2 由微型LED陣列組成的無線光電調控設備
圖源：Epineural optogenetic activation of nociceptors initiates and amplifies inflammation.
Nat Biotechnol (2020). Fig. 1d
隨后，研究人員對上述無線光電系統進行了活體植入安全性的檢測中并將微型LED與皮下線纜植入到了小鼠體內。研究人員可以通過藍牙接入設備獲取系統的實時狀態信息并發送遠程指令實現對自由活動小鼠的光遺傳刺激與調控。術后的跟蹤觀察與組織學分析顯示被植入的微型LED陣列與線纜并未引發嚴重的組織變形或排異反應，從而展現了該無線光電系統被植入部分良好的生物兼容性以及整個系統被用于神經生物學實驗的可行性。
圖3 無線光電系統活體植入與運行示意圖
圖源：Epineural optogenetic activation of nociceptors initiates and amplifies inflammation.
Nat Biotechnol (2020). Fig. 1c
在接下來的活體實驗中，研究人員選取了能在痛覺傳入神經上特異性表達通道視紫紅質蛋白-2（Channelrhodopsin-2）的轉基因小鼠（TRPV1-Cre::ChR2）并將無線光電調控設備植入小鼠體內。
展開 利用智慧芽研發情報庫可以看到，該方案包括基底、臺面結構、電極、介電層，以及介電層上圍繞臺面結構的導電接地平面，可將電壓施加到微型器件轉移頭和頭陣列以從載體襯底拾取微型器件并將微型器件釋放到接收襯底上。
圖：蘋果技術方案展示（來源：智慧芽研發情報庫）
蘋果全彩顯示技術早有布局
在全彩顯示領域，主要有三條技術路線：RGB三色LED法、波長轉換法和3D納米線法。由于巨量轉移技術限制，以RGB三色芯片來實現全彩化，對Micro-LED顯示技術而言非常困難，因此應用單色紫外光LED或藍光LED搭配色彩轉換材料來達成全彩化是目前比較可行的方式之一。當前業內重點關注的是量子轉換效率和光串擾問題。
白皮書顯示，在通過波長轉換實現全彩化的技術路線中，蘋果公司此前收購的Luxvue早在2013年就有相關的技術布局。
圖：波長轉換實現全彩化技術路線圖
通過智慧芽研發情報庫深入分析該技術方案可知，在微型LED器件上形成波長轉換層波長轉換層可以由玻璃、環氧樹脂、硅膠、亞克力等材料形成，每個波長轉換層包括分散在其中的磷光體顆粒，微型LED器件被設計為發射紫外線或藍光，在微型LED器件周圍形成紅色發射轉換層、綠色發射波長轉換層或藍光發射轉換層。
圖：蘋果技術方案展示（來源：智慧芽研發情報庫）
上述兩大技術領域，目前都正在加速研發攻堅中，距離大規模量產還有一定的差距。蘋果試圖擺脫的三星也正在Micro-LED領域中全力研發，未來或將有更大的技術突破。不過可以確定的是，Micro-LED商業化的明天離我們越來越近了。
展開 Raysolve創始人兼首席執行官莊永漳博士表示：“憑借GaN基驅動背板技術的進步，Raysolve目前已經在單芯片、全彩色、Micro-LED微型顯示器方面開發了一套世界領先的技術和解決方案。我們的Micro-LED微型顯示器具有超高的效率、對比度和亮度，另外還擁有尺寸小、低功耗和低封裝成本等諸多優勢。”
另外，莊博士還強調，目前大多數Micro-LED微顯示器開發商仍然采用倒裝芯片架構。這種技術一直因為受對準精度和像素尺寸的限制而無法實現高分辨率微型顯示器用超高像素密度。眾所周知，市場上AR等類型智能眼鏡對顯示器的像素分辨率有著天然的需求。作為對比，Raysolve在大尺寸外延片鍵合方面擁有專有技術，它可以保證超高像素密度微型顯示器的高效生產。另外，它還可以進一步提升芯片的性能和能效，正是這些關鍵技術在Raysolve和競爭對手間形成了技術壁壘。
這里需要了解的是，Micro-LED顯示器領域一直存在兩條技術路線。第一種利用巨量轉移技術實現超高像素和分辨率，不過該技術不適用于微型顯示器。第二條路線則采用半導體集成電路技術，即在CMOS驅動背板上直接設計和制造Micro-LED陣列，這可以極大減小像素尺寸和間距。目前全球的Micro-LED微型顯示器仍以單色為主，還沒有完善的單芯片全彩色Micro-LED顯示器解決方案，但Raysolve在第二條技術路線上已經確立了世界領先地位。
“Raysolve專有的全彩色Micro-LED微型顯示芯片可以支持消費級AR眼鏡的實現，并基于此重新定義消費者的體驗”，Chong 博士說。AR技術和智能眼鏡有望在未來十年取代智能手機成為終極交互平臺。在單芯片上實現全彩色Micro-LED微型顯示器設計是消費級AR能夠最終進入商用的關鍵。
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前言
在本例中，我們在Ansys Lumerical MultiphysicsTM中模擬了基于氮化物的藍光發射微型LED（uLED），在CHARGE和MQW（多量子井）求解器之間有一個半耦合工作流。
將微型 LED 陣列光源布置在合適位置，模擬實際照明效果。
完成模型搭建后，對系統參數進行全面配置。設定系統的視野（FOV）目標值為 30°×10°，虛擬圖像深度（VID）為 5m，以此為基準調整各光學元件參數。在光線追跡參數設置中，定義光線數量為 10000 條，追跡精度設為 0.01mm，確保模擬結果的準確性與可靠性。
演講主題：《Micro LED硅基微型顯示技術及產業》
演講嘉賓：君萬微 總經理 季華夏
君萬微總經理季華夏深入剖析了Micro LED硅基微型顯示技術的最新進展及其在微型顯示領域的廣泛應用。季總詳細介紹了君萬微電子的發展歷程和成就，特別是其在碳化氮化鎵LED微型顯示器芯片上的突破。演講涵蓋了顯示與微型顯示器的技術區別，介紹了無機LED在亮度和抗殘影方面的優勢。
例如，微型LED顯示屏集成了大量的微型LED在一個小的面板區域。這些LED產生的熱量會導致顯示屏的色差，減少LED的光輸出和壽命。因此，可以在LED芯片和CU散熱器之間放置導熱高分子材料作為熱界面材料，控制熱量傳遞，保證LED的穩定運行(圖21a-c)。
圖：波長轉換實現全彩化技術路線圖
通過智慧芽研發情報庫深入分析該技術方案可知，在微型LED器件上形成波長轉換層波長轉換層可以由玻璃、環氧樹脂、硅膠、亞克力等材料形成，每個波長轉換層包括分散在其中的磷光體顆粒，微型LED器件被設計為發射紫外線或藍光，在微型LED器件周圍形成紅色發射轉換層、綠色發射波長轉換層或藍光發射轉換層。
華星t5月產15,000（15K）片15,000（15K）片，月產30K線，如1-1、1-2段LCD線，月產15K微型發光二極管（LED）背板等。眾所周知，他們計劃為 建造一條生產線。華星光電已下單1-1和1-2階段設備，但推遲了1-2階段部分設備的交貨日期。而Micro LED背板的二期投資則被無限期推遲。
ICD、Viatron等公司延長了與華星光電t5線設備供貨合同的有效期。
CINNO Research
據介紹，該公司將在該展會上，展示一款0.26英寸基于DPT技術的全彩色Micro-LED微型顯示器，像素<5μm，隨后公司還將在2023年第一季度舉辦其他相關的行業活動。
在Ansys顯示屏設計解決方案中，我們可以使用Lumerical STACK或FDTD構建OLED或微型LED納米結構，并在像素級模擬光提取效率、角發射和顏色，同時將OLED的結構參數、光提取效率和顯示顏色等這些指標輸入optiSLang優化，最后我們可以使用Speos獲得消費者對顯示屏的視覺感知，并了解這些指標如何影響視覺感知。
該公司4月12日公開宣布已成功向業界知名的Micro-LED初創公司Raxium供應Solstice? S4型單晶片電鍍系統，該系統將主要用于開發和制造Micro-LED微型顯示器。
